Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Время, прошедшее с момента Большого взрыва, научные оценки возраста Вселенной.
Time elapsed since the Big Bang
scientific estimates of the age of the universe
В физической космологии возраст Вселенной – это время, прошедшее после Большого взрыва. Астрономы получили два различных измерения возраста Вселенной: измерение, основанное на прямых наблюдениях за ранним состоянием Вселенной, которое, согласно модели ΛCDM, по состоянию на 2021 год, указывает на возраст 13,787 миллиардов лет; и измерение, основанное на наблюдениях за локальной, современной Вселенной, которое предполагает более молодой возраст. Неопределенность первого типа измерений была снижена до 20 миллионов лет, что подтверждается рядом исследований, показывающих схожие значения возраста. Эти исследования включают изучение микроволнового фонового излучения космическим аппаратом "Планк", зондом "Wilkinson Microwave Anisotropy Probe" и другими космическими аппаратами. Измерения космического микроволнового фона дают информацию о времени охлаждения Вселенной после Большого взрыва, а измерения скорости расширения Вселенной позволяют рассчитать её приблизительный возраст путем экстраполяции в прошлое. Диапазон полученной оценки соответствует диапазону оценки возраста самой старой наблюдаемой звезды во Вселенной.
In physical cosmology, the age of the universe is the time elapsed since the Big Bang. Astronomers have derived two different measurements of the age of the universe: a measurement based on direct observations of an early state of the universe, which indicate an age of 13.787 billion years as interpreted with the Lambda CDM concordance model as of 2021; and a measurement based on the observations of the local, modern universe, which suggest a younger age. The uncertainty of the first kind of measurement has been narrowed down to 20 million years, based on a number of studies that all show similar figures for the age. These studies include researches of the microwave background radiation by the Planck spacecraft, the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe and other space probes. Measurements of the cosmic background radiation give the cooling time of the universe since the Big Bang, and measurements of the expansion rate of the universe can be used to calculate its approximate age by extrapolating backwards in time. The range of the estimate is also within the range of the estimate for the oldest observed star in the universe.
Космологические параметры
Проблема определения возраста Вселенной тесно связана с проблемой определения значений космологических параметров. В настоящее время это в основном выполняется в рамках ΛCDM-модели, в которой предполагается, что Вселенная содержит обычную (барионную) материю, холодную темную материю, излучение (включая как фотоны, так и нейтрино) и космологическую постоянную. Доля вклада каждого компонента в текущую плотность энергии Вселенной задается параметрами плотности и . Полная ΛCDM-модель описывается множеством других параметров, но для вычисления ее возраста наиболее важными являются эти три параметра вместе с параметром Хаббла . Если имеются точные измерения этих параметров, то возраст Вселенной можно определить, используя уравнение Фридмана. Это уравнение связывает скорость изменения масштабного фактора с содержанием материи во Вселенной. Меняя местами это соотношение, можно рассчитать изменение времени на изменение масштабного фактора и, следовательно, вычислить общий возраст Вселенной, интегрируя эту формулу. Возраст тогда задается выражением вида
The problem of determining the age of the universe is closely tied to the problem of determining the values of the cosmological parameters. Today this is largely carried out in the context of the ΛCDM model, where the universe is assumed to contain normal (baryonic) matter, cold dark matter, radiation (including both photons and neutrinos), and a cosmological constant. The fractional contribution of each to the current energy density of the universe is given by the density parameters and The full ΛCDM model is described by a number of other parameters, but for the purpose of computing its age these three, along with the Hubble parameter , are the most important. If one has accurate measurements of these parameters, then the age of the universe can be determined by using the Friedmann equation. This equation relates the rate of change in the scale factor to the matter content of the universe. Turning this relation around, we can calculate the change in time per change in scale factor and thus calculate the total age of the universe by integrating this formula. The age is then given by an expression of the form
где – параметр Хаббла, а функция зависит только от долевого вклада в энергетическое содержание Вселенной, приходящегося на различные компоненты. Первое, что можно заметить из этой формулы, – это то, что параметр Хаббла определяет возраст Вселенной, а поправка возникает из-за содержания материи и энергии. Таким образом, грубая оценка возраста Вселенной получается из времени Хаббла, которое является обратной величиной параметра Хаббла. При значении около 69 время Хаббла составляет 14,5 миллиардов лет. Чтобы получить более точное значение, необходимо вычислить корректирующую функцию . В общем случае это необходимо делать численно, и результаты для различных значений космологических параметров показаны на рисунке. Для значений Планка (0,3086, 0,6914), показанных прямоугольником в левом верхнем углу рисунка, этот корректирующий фактор составляет около . Для плоской Вселенной без космологической постоянной, показанной звездой в правом нижнем углу, гораздо меньше, и, следовательно, Вселенная моложе при фиксированном значении параметра Хаббла. Для построения этого рисунка удерживается постоянным (что примерно эквивалентно поддержанию постоянной температуры космического микроволнового фона), а параметр плотности кривизны фиксируется значением остальных трех. Помимо спутника Планка, микроволновый анизотропный зонд Уилкинсона (WMAP) сыграл важную роль в установлении точного возраста Вселенной, хотя для получения точного значения необходимо учитывать и другие измерения. Измерения CMB очень хорошо ограничивают содержание материи и параметр кривизны . Они не так чувствительны к непосредственно. Введение космологической постоянной позволяет Вселенной быть старше этих скоплений, а также объясняет другие особенности, которые не могла объяснить космологическая модель, основанная только на материи.
where is the Hubble parameter and the function depends only on the fractional contribution to the universe's energy content that comes from various components. The first observation that one can make from this formula is that it is the Hubble parameter that controls that age of the universe, with a correction arising from the matter and energy content. So a rough estimate of the age of the universe comes from the Hubble time, the inverse of the Hubble parameter. With a value for around 69, the Hubble time evaluates to 14.5 billion years. To get a more accurate number, the correction function must be computed. In general this must be done numerically, and the results for a range of cosmological parameter values are shown in the figure. For the Planck values (0.3086, 0.6914), shown by the box in the upper left corner of the figure, this correction factor is about For a flat universe without any cosmological constant, shown by the star in the lower right corner, is much smaller and thus the universe is younger for a fixed value of the Hubble parameter. To make this figure, is held constant (roughly equivalent to holding the cosmic microwave background temperature constant) and the curvature density parameter is fixed by the value of the other three. Apart from the Planck satellite, the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) was instrumental in establishing an accurate age of the universe, though other measurements must be folded in to gain an accurate number. CMB measurements are very good at constraining the matter content and curvature parameter It is not as sensitive to directly, Introducing the cosmological constant allows the universe to be older than these clusters, as well as explaining other features that the matter only cosmological model could not.
WMAP
В 2012 году проект NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) опубликовал данные, полученные за девять лет наблюдений, в которых возраст Вселенной оценивался в 13,772 миллиарда лет (с погрешностью плюс или минус 59 миллионов лет). Это измерение основано на определении положения первого акустического пика в спектре мощности микроволнового фонового излучения, что позволяет установить размер поверхности рекомбинации (размер Вселенной в момент рекомбинации). Время, за которое свет доходит до этой поверхности (в зависимости от принятой геометрии), дает надежную оценку возраста Вселенной. При условии справедливости моделей, использованных для определения возраста, остаточная точность обеспечивает погрешность в пределах одного процента.
NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) project's nine year data release in 2012 estimated the age of the universe to be 13.772 years (13.772 billion years, with an uncertainty of plus or minus 59 million years). This measurement is made by using the location of the first acoustic peak in the microwave background power spectrum to determine the size of the decoupling surface (size of the universe at the time of recombination). The light travel time to this surface (depending on the geometry used) yields a reliable age for the universe. Assuming the validity of the models used to determine this age, the residual accuracy yields a margin of error near one per cent.